烟草废弃物发酵制取有机肥及其在柑橘生产上的应用效果

Fermentation of Tobacco Waste to Produce Organic Fertilizer and its Application Effect on Citrus Production

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2023.06.012

韩利红 Lihong HAN , 何余勇 Yuyong HE , 尹健康 Jiankang YIN , 卢峻 Jun LU , 何志华 Zhihua HE , 蒲荣贵 Ronggui PU , 冯庆山 Qingshan FENG , 贾林 Lin JIA , 朱孟琦 Mengqi ZHU , 孙龙 Long SUN

1 四川诚至诚烟草投资有限责任公司四川成都 610041 Sichuan Chengzhicheng Tobacco Investment Co., Ltd., Chengdu, Sichuan 610041, China 2 四川金叶化肥有限公司四川眉山 620866 Sichuan Jinye Fertilizer Co., Ltd., Meishan, Sichuan 620866, China 3 凉山金叶化肥有限责任公司四川西昌 61550 Liangshan Jinye Fertilizer Co., Ltd., Xichang, Sichuan 615500, China

Author notes:

Correspondence to: 何余勇(1983—)，硕士，农艺师，主要从事烟草土壤肥料与产品开发研究；274491815@qq.com

摘要：

为实现烟叶复烤和加工等过程中的废弃物资源化利用，以烟末为原料，辅以酒糟、菌渣、油枯、腐殖酸等材料，考察了不同配方的物料在发酵过程中温度、pH、有机质含量、碳氮比的变化情况，结果表明烟末－菌渣有机肥在发酵制取过程中的各项指标较理想。以烟末－菌渣有机肥为试验肥料，考察了柑橘专用肥(A)、普通有机肥+80%柑橘专用肥(B)、烟末－菌渣有机肥+80%柑橘专用肥(C)处理对柑橘农艺性状、产量、品质指标的影响。结果表明：处理C能显著提升单果质量和可食率，大果占比较处理A、B分别显著提高22.33%、4.45%；处理C的产量较处理A的显著提高4.95%；处理C的柑橘总糖、可溶性固形物含量以及固酸比、糖酸比均显著高于处理A、B的；处理C的柑橘煤污病病情指数和病叶率较处理A、B的均显著降低。施用以烟末和菌渣为原料制取的有机肥，不仅实现了废弃物的资源化利用，而且有助于实现柑橘生产的“药肥双减”。

关键词：

烟草; 废弃物; 有机肥; 资源化利用; 柑橘;

Abstract：

In order to achieve the resource utilization of waste generated during tobacco leaf redrying and processing, tobacco powder is used as raw material, supplemented by materials such as distillers grains, mushroom residue, oil residue and humic acid. The changes in temperature, pH, organic matter content and carbon nitrogen ratio of materials with different formulas during the fermentation process are investigated. The results show that the various indicators of tobacco powder-mushroom residue organic fertilizer in the fermentation process are ideal. Using tobacco powder-mushroom residue organic fertilizer as the experimental fertilizer, the effects of citrus specific fertilizer (A), ordinary organic fertilizer+80% citrus specific fertilizer (B), and tobacco powder-mushroom residue organic fertilizer+80% citrus specific fertilizer (C) treatments on citrus agricultural traits, yield and quality indicators are investigated. The results show that treatment C significantly improves the weight of single fruit and edible rate, with a significant increase of 22.33% and 4.45% in the proportion of large fruits compared to treatment A and B, respectively. The yield of treatment C is significantly increased by 4.95% compared to treatment A. The total sugar, soluble solid content, solid acid ratio and sugar acid ratio of citrus of treatment C are significantly higher than those of treatment A and treatment B. The disease index of citrus sooty blotch and diseased leaf rate in treatment C are significantly lower than those in treatments A and B. The application of organic fertilizer made from tobacco powder and mushroom residue not only achieves the resource utilization of waste, but also helps to achieve the "dual reduction of medicine and fertilizer" in citrus production.

Keyword：

tobacco; waste; organic fertilizer; resource utilization; citrus;

我国是世界上烟草种植大国，烟草的种植与产品加工在国民经济发展中发挥着重要的作用。在烟叶采收及烟草加工过程中，有大量的烟草废弃物产生，包括烟叶采收后留于田间地头的烟杆、烟叶复烤厂在原料挑选阶段剔除的霉烂烟叶及叶梗分离时分出的烟梗、在卷烟厂制作卷烟过程中产生的废弃烟丝及烟尘等^[1]，每年全国烟草废弃物的总量估计为1 000~1 500 kt^[2]。这些废弃物中含有大量可供利用的蛋白质、糖、脂和烟碱，大多可作为肥料、饲料、杀虫剂、碳源、燃料直接在农业上应用。合理利用这些废弃资源，变“废”为“宝”，对节支增收和保护生态环境具有重要的意义。

近年来，国内外对烟草废弃物的利用进行了大量的研究^[3-7]，也有部分学者进行了烟草废弃物发酵制取有机肥的研究^[8-10]，但针对烟草废弃物制成有机肥并应用到农业生产上的研究未见报道。本文根据水果、蔬菜等经济作物的需肥特性和常规施肥调查情况，联合科研院所制定发酵试验配方，通过回收利用烟叶复烤厂、卷烟厂的烟草废弃物，经发酵制取不同的烟末有机肥，然后将发酵效果较好的烟末有机肥开展小区试验并提出施肥建议，以期解决烟叶生产中废弃物的处置问题，不仅烟草企业能实现降本创收，而且可为农业生产提供具有杀虫、杀菌、提质增效功能的优质有机肥。

1 不同配方烟末有机肥发酵试验

1.1 材料与方法

1.1.1 试验材料

发酵试验地为四川金叶化肥有限公司，烟草废弃物主要是烟叶复烤厂和卷烟厂回收的废弃烟草专卖品(烟末)，配方材料有酒糟、菌渣、油枯、腐殖酸等。

1.1.2 试验设计

1.1.2.1

发酵试验配方

共设计3个发酵试验配方：T1，烟末－酒糟有机肥，25.0%(质量分数，下同)烟末、70.0%酒糟、4.5%油枯、0.5%调理剂，腐熟菌剂的用量占配方总量的0.1%(不计入配方，下同)；T2，烟末－菌渣有机肥，27.5%烟末、40.0%菌渣、30.0%腐殖酸、2.0%油枯、0.5%调理剂、0.1%腐熟菌剂；T3，烟末－腐殖酸有机肥, 95.0%烟末、5.0%腐殖酸、0.1%腐熟菌剂。

1.1.2.2

发酵工艺

将原料和腐熟菌剂按比例混合均匀后，用清水或(和)石灰水将上述物料的含水量调至65%左右，pH调至6.8~7.5，再均匀地放入发酵槽，表面覆盖塑料膜，间隔7 d用翻抛机翻抛一次，发酵时间30 d左右。

1.1.3 测定指标

每天同一时间多点位记录发酵温度，间隔4 d取一次样品测定有机质、全氮、碱解氮、有效磷、有效钾含量及pH等指标，测定方法参见《土壤农化分析》^[11]。

1.1.4 数据统计与分析

采用Excel 2016软件对数据进行统计与分析。

1.2 结果与讨论

1.2.1 不同配方的有机物料发酵温度的变化

有机物料最适宜的发酵温度为60~70 ℃，通过保温蒸发水分，并杀死病原菌、病毒及草籽。不同配方的有机物料在不同发酵时间的发酵温度见表 1。

表 1

不同配方的有机物料在不同发酵时间的发酵温度

配方	发酵温度/℃
配方	第1天	第5天	第9天	第13天	第17天	第21天	第25天	第29天	第33天
T1	55	57	55	54	54	57	55	53	54
T2	60	61	59	60	60	60	60	60	58
T3	55	55	54	55	54	55	55	55	54

由表 1可知，T1、T3配方的有机物料的发酵温度在50~60 ℃，T2配方的有机物料的发酵温度在60 ℃左右。对比3个配方，T2配方的有机物料的发酵温度较为适宜，有利于有机质的积累。

1.2.2 不同配方的有机物料在发酵过程中pH的变化

在有机物料发酵过程中，pH变化会影响发酵菌剂的作用效果。发酵菌剂适用于中性或碱性环境，当有机物料的pH为5.5~8.5时，有利于发酵菌的繁殖、分解和存活。不同配方的有机物料在发酵过程中pH的变化情况见表 2。

表 2

不同配方的有机物料在发酵过程中的pH

配方	pH
配方	第1天	第5天	第9天	第13天	第17天	第21天	第25天	第29天	第33天
T1	5.84	5.73	5.00	5.71	5.69	5.72	5.65	5.67	5.57
T2	5.49	5.74	5.68	5.51	5.64	5.78	5.61	5.86	5.71
T3	6.84	6.89	6.76	6.85	6.67	6.72	6.68	6.71	6.74

由表 2可知，T1、T2配方的有机物料的pH为5~6，T3配方的有机物料的pH为6~7，都在比较适宜的范围内。

1.2.3 不同配方的有机肥料在发酵过程中有机质含量的变化

在发酵过程中，有机质在微生物的作用下进行复杂的转化，主要包括矿质化和腐殖化两个过程^[12-15]。不同配方的有机物料在发酵过程中有机质含量的变化见表 3。

表 3

不同配方的有机物料在发酵过程中的有机质含量

配方	w(有机质)/%
配方	第1天	第5天	第9天	第13天	第17天	第21天	第25天	第29天	第33天
T1	64.46	63.49	62.34	62.54	63.41	62.36	63.42	62.84	60.34
T2	56.73	54.38	55.71	55.94	55.19	57.33	54.38	55.84	52.38
T3	53.67	52.34	53.24	54.87	53.49	51.97	53.24	52.67	52.61

由表 3可知：有机质含量变化较复杂，无规律性，其中以T1配方的有机质含量最高，质量分数在60%以上；T2、T3配方的有机质质量分数在55%左右。

1.2.4 不同配方的有机物料在发酵过程中总养分含量的变化

不同配方的有机物料在发酵过程中总养分(N+P₂O₅+K₂O)含量的变化见表 4。

表 4

不同配方的有机物料在发酵过程中总养分含量的变化

配方	w(N+P₂O₅+K₂O)/%
配方	第1天	第5天	第9天	第13天	第17天	第21天	第25天	第29天	第33天
T1	6.18	6.29	6.21	6.07	6.20	6.25	6.67	6.17	5.99
T2	6.67	6.36	6.08	5.96	6.34	6.09	5.75	6.01	5.97
T3	7.05	7.09	7.02	6.90	6.99	7.12	7.04	6.96	7.09

由表 4可知：T3配方的总养分含量最高，为7%左右；T1、T2配方的总养分含量相近，都在6%左右。各配方的有机物料在发酵过程中总养分含量的变化趋势与有机质含量的变化基本一致。

1.2.5 不同配方的有机物料在发酵过程中碳氮比的变化

碳氮比是有机物料中碳的总含量与氮的总含量的比值，对微生物的生长代谢起着重要的作用，一般控制在25%~30%为宜^[16-17]。碳氮比低，微生物分解速率快，发酵温度上升迅速，堆肥周期短；碳氮比过高，微生物分解速率缓慢，发酵温度上升慢，堆肥周期长。不同配方的有机物料在发酵过程中碳氮比的变化见表 5。

表 5

不同配方的有机物料在发酵过程中碳氮比的变化

配方	碳氮比/%
配方	第1天	第5天	第9天	第13天	第17天	第21天	第25天	第29天	第33天
T1	39.79	36.07	41.84	36.57	38.66	37.12	29.64	34.72	35.70
T2	26.51	22.02	23.02	27.16	23.79	24.71	24.17	25.85	25.68
T3	29.65	30.43	30.25	30.65	28.76	31.50	30.95	29.10	28.13

由表 5可知：T1配方的碳氮比较高，在30%以上，发酵1个月后的碳氮比为35%；T3配方的碳氮比次之，为30%左右，发酵1个月后的碳氮比为28%；T2配方的碳氮比为25%左右。试验结果表明，T2配方的碳氮比较理想。

2 烟末有机肥对柑橘生产的效果验证

2.1 材料与方法

2.1.1 试验材料

大田验证试验在四川省成都市邛崃市民主村三禾家庭农场柑橘种植园进行，供试土壤的理化性状：pH为4.89，w(有机质)为16.92 g/kg，w(碱解氮)为97.32 mg/kg，w(有效磷)为15.10 mg/kg，w(速效钾)为109.45 mg/kg。

供试肥料：选取发酵配方试验结果较优的烟末－菌渣有机肥作为试验用肥；柑橘专用肥，N-P₂O₅-K₂O=19-8-13；普通有机肥，w(有机质)≥45%，w(N+P₂O₅+K₂O)≥5%。以上肥料均由四川金叶化肥有限公司提供。

2.1.2 试验设计

田间试验共设置3个处理：A，100%柑橘专用肥，用量为2.80 kg/株；B，普通有机肥+80%柑橘专用肥，普通有机肥用量10 kg/株，柑橘专用肥用量2.24 kg/株；C，烟末－菌渣有机肥+80%柑橘专用肥，烟末－菌渣有机肥用量10 kg/株，柑橘专用肥用量2.24 kg/株。施肥前，于树冠四周开15~20 cm深沟或沿树冠挖多点穴沟，将肥料均匀撒施于沟中，并与泥土混拌，最后覆土盖密。各处理的田间农艺操作均按照柑橘标准化生产方式进行统一管理。

2.1.3 测定指标及方法

田间试验的测定指标为柑橘成熟后的农艺性状、产量、内在品质和病虫害发生情况等，其中可溶性固形物含量采用手持测糖仪测定，总糖含量采用蒽酮比色法测定，总酸含量采用氢氧化钠中和滴定法测定，维生素C(Vc)含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定。

2.1.4 数据统计与分析

采用Excel 2016和SPSS 23.0软件对数据进行统计与分析。

2.2 结果与分析

不同施肥处理的柑橘农艺性状、产量和产值、内在品质、病虫害发生情况见表 6~表 9。

表 6

不同施肥处理的柑橘农艺性状

处理	单果质量/g	果皮厚/cm	可食率/%	大小果比例/%
处理	单果质量/g	果皮厚/cm	可食率/%	大果(＞7 cm)	中果(6~7 cm)	小果(＜6 cm)
注：1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同
A	45.86 c	0.28 a	75.48 b	12.27 c	78.24 a	9.49 a
B	49.72 b	0.28 a	76.15 b	14.37 b	77.59 a	8.04 b
C	51.03 a	0.27 a	77.89 a	15.01 a	78.75 a	6.24 c

表 7

不同施肥处理的柑橘产量和产值

处理	果实平均单价/ (元·kg^-1)	产量/ (kg·hm^-2)	产值/ (元·hm^-2)
A	5.24	47 521.27 b	249 011.45
B	5.40	49 254.37 a	265 973.60
C	5.65	49 872.14 a	281 777.59

表 8

不同施肥处理的柑橘内在品质

处理	w(Vc)/(mg·kg^-1)	w(总糖)/%	w(可溶性固形物)/%	w(总酸)/%	固酸比	糖酸比
A	265.37 b	8.24 b	11.24 b	0.85 b	13.22 c	9.69 c
B	298.52 a	8.67 b	11.17 b	0.65 a	17.18 b	13.34 b
C	305.27 a	9.15 a	11.85 a	0.62 a	19.11 a	14.76 a

表 9

不同施肥处理的柑橘病虫害发生情况

处理	煤污病		潜叶蛾
处理	病情指数	病叶率	受害指数	受害率
A	22.14 a	57.85 a	15.24 a	27.69 a
B	18.76 b	54.27 a	14.17 b	26.34 a
C	12.53 c	41.23 b	14.07 b	25.22 a

由表 6可知：处理C能显著提升柑橘的单果质量和可食率；处理C的大果比例比处理A、处理B的分别提升22.33%、4.45%，小果比例下降34.25%、22.39%。

由表 7可知，处理C的产量最高，与处理A相比，产量显著提升4.95%，产值提升13.16%。

由表 8可知：处理C在总糖和可溶性固形物含量、固酸比、糖酸比上的提升效果均达到显著水平，其Vc含量也高于处理A和处理B的，说明烟末－菌渣有机肥在提升柑橘果实内在品质上具有显著的效果。

由表 9可知：处理C能降低柑橘煤污病的发病率，病叶率较处理A和处理B分别降低28.73%和24.03%，病情指数显著降低43.41%和33.21%；在柑橘潜叶蛾防治效果上，3个处理的受害率差异不显著，但处理C的最低，其受害指数也最低，且与处理A的差异显著。这说明相较于普通有机肥和化肥单施，烟末－菌渣有机肥能对柑橘常见病虫害起到一定的防治作用。

3 结语

综合不同发酵试验配方的有机物料在发酵过程中的温度、pH、有机质含量、总养分含量、碳氮比的变化情况，以烟末-菌渣有机肥较优。从大规模生产销售角度分析，烟末－腐殖酸有机物料的堆积密度较大，料堆内部含氧量较少，故发酵温度稍低、发酵周期较长，不利于正常生产；烟末－酒糟有机物料因酒糟原料颗粒较大，对产品外观影响较大，不利于生产销售；烟末－菌渣有机肥产品外观、发酵过程中的各项指标及产品质量指标等均较优。

以烟末－菌渣作为烟草废弃物生产有机肥的配方，制得的产品通过对柑橘生产的效果验证，结果表明对柑橘果实的质量提升和病虫害防控均有良好的效果。烟末－菌渣有机肥配合化肥施用后，产量较单施化肥提升4.95%，同时较单施化肥和普通有机肥减施化肥处理，柑橘病叶率和病情指数降低幅度均超过24%，实现了柑橘生产的“药肥双减”，可助力农业绿色化、持续化发展。

ckwx 参考文献

彭国勋, 李平, 吴锡刚, 等. 烟草废弃物资源化利用研究进展[J]. 安徽农业科学, 2013, 41(9): 4036-4038. doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2013.09.098

赵桂红. 烟草废弃物堆肥过程控制及促腐研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2017: 4-5.

董占能, 白聚川, 张皓东. 烟草废弃物资源化[J]. 中国烟草科学, 2008, 29(1): 39-42.

杨丁元, 李志刚. 关于烟草废弃物(无害化)处理粗放利用产业化的研究与思考[J]. 农业开发与装备, 2013(5): 29-30.

李晓芹, 杜咏梅, 张怀宝, 等. 烟草绿原酸、芸香苷、烟碱和茄尼醇的提取技术研究[J]. 中国烟草科学, 2015, 36(1): 1-4. doi:10.13496/j.issn.1007-5119.2015.01.001

徐永建, 赵睿, 谭海风. 烟草废次物综合利用研究进展[J]. 陕西科技大学学报(自然科学版), 2012, 30(5): 16-21.

竹江良, 汤利, 刘晓琳, 等. 猪粪比例对烟草废弃物高温堆肥腐熟进程的影响[J]. 农业环境科学学报, 2010, 29(4): 779-784.

辛雄. 功能型真菌发酵烟草废弃物制备生物肥料的研究[D]. 昆明: 云南大学, 2011: 4-5.

李放, 唐莉娜, 蔡海洋, 等. 废弃烤烟茎秆与鸡粪堆肥化利用的研究[J]. 农业环境科学学报, 2009, 28(1): 194-198.

李少明, 邓文祥, 郭亚妮, 等. 微生物菌剂对烟末堆肥理化性状及种子发芽指数的影响[J]. 云南农业大学学报, 2007, 22(5): 706-709.

鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000: 30-107.

李文豪. 烟草秸秆有机肥的研制与土壤改良应用[D]. 武汉: 湖北大学, 2019: 5-6.

HSU J H, LO S L. Recycling of separated pig manure: characterization of maturity and chemical fractionation of elements during composting[J]. Water Science and Technology, 1999, 40(1): 121-127.

高伟, 郑国砥, 高定, 等. 堆肥处理过程中猪粪有机物的动态变化特征[J]. 环境科学, 2006, 27(5): 986-990.

李季, 彭生平. 堆肥工程实用手册[M]. 2版. 北京: 化学工业出版社, 2011.

耿富卿, 苟剑渝, 何楷, 等. 不同碳氮比对有机肥发酵过程中微生物数量的影响[C]//广西烟草学会. 广西烟草学会2014年学术年会论文集. 南宁: 广西烟草学会, 2014.

ROMANO E, BRAMBILLA M, BISAGLIA C, et al. Pelletization of composted swine manure solid fraction with different organic co-formulates: effect of pellet physical properties on rotating spreader distribution patterns[J]. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture, 2014, 3(4): 101-111.